Soutenance mémoire
PRODUCTION DECENTRALISEE D’ENERGIE ELECTRIQUE
Une source d’énergie est dite renouvelable si le fait d’en consommer ne limite pas son utilisation future. Beaucoup plus accessibles et très adaptées à la production décentralisée, les énergies renouvelables offrent la possibilité de produire de l’électricité proprement et surtout dans une moindre dépendance des ressources, à condition d’accepter leurs fluctuations naturelles et parfois aléatoires.
Définition de la Production Décentralisée
Le raccordement au réseau de nouveaux producteurs fait émerger de nouveaux concepts. Ainsi, pendant la dernière décennie, les termes de Production Décentralisée, Production Distribuée, Génération d’Energie Distribuée, Génération Dispersée, Ressources d’Energie Distribués ont envahi la littérature scientifique, politique et économique du système électrique.
Il n’y a pas un seul critère pour définir la signification de chaque terme ; chaque association, groupe de travail ou auteur a sa propre définition. Ainsi, le terme Production Décentralisée ne fait pas référence à tous les producteurs raccordés au système électrique. Seuls quelques-uns remplissant certaines conditions font partie de la Production Décentralisée. Généralement, le paramètre utilisé est le point de raccordement au réseau. La Production Décentralisée est définie, dans ce mémoire, comme toute source d’énergie raccordée au réseau de transport, de répartition ou distribution et qui fait partie des énergies non conventionnelles (éolienne, solaire, piles à combustible entre autres) ou conventionnelles de petite puissance < 200MW (micro-turbines à gaz, cogénération, moyen de stockage de l’énergie entre autres), hors des grandes centrales[3].
Finalement, il faut retenir que la Production Décentralisée est représentée non seulement par les moyens de génération d’énergie mais aussi par les moyens de stockage capables de fournir une certaine puissance.
Les technologies de la production décentralisée
L’interconnexion de la production décentralisée introduit un mélange de sources primaires d’énergie et des technologies pour son interfaçage avec le réseau. Cela a stimulé la recherche, la promotion, le développement et l’utilisation des nouvelles formes d’énergie renouvelables ou avec un moindre impact écologique. Pour ces technologies, la plupart arrivées à maturité technologique, il est prévu que leurs coûts de production du kWh décroissent dans les années à venir, par des effets d’échelle et d’apprentissage. La puissance fournie au réseau est généralement définie par la source primaire d’énergie (énergie fatale) et non par les besoins du système. Cela introduit une incertitude sur la production d’énergie.
Les énergies contrôlables ou dispatchales
Ce type de production d’énergie ne dépend pas de conditions météorologiques, mais des exigences énergétiques des clients ou (plus exceptionnellement) du réseau. La production est basée sur des sources d’énergie primaires telles que le biocarburant, le diesel, le gaz naturel, qui ont moins d’impact écologique par rapport à la génération conventionnelle du point de vue des émissions de gaz à effet de serre [5]. Ces énergies sont contrôlables vu que la production dépend des combustibles fournis par l’opérateur de la centrale au système de conversion de puissance.
Les petites centrales thermiques
Ce type de centrale se réfère aux centrales électriques à combustible fossile de quelques kW jusqu’à 100 MW. Elles utilisent essentiellement des moteurs et turbines à combustion. Les moteurs sont caractérisés par des faibles coûts, la possibilité de récupération thermique par cogénération thermique et électrique, leur flexibilité, et une assez grande fiabilité. Les émissions sont réduites avec la combustion du gaz naturel, par rapport aux émissions des moteurs à combustibles fossiles. Cependant, ces générateurs présentent des inconvénients : les générateurs créent une pollution sonore et ont un coût de maintenance élevé. Les turbines à combustion (gaz) sont couramment utilisées dans l’industrie pétrolière. Le développement des micro-turbines favorise l’installation de petites centrales thermiques.
Les micro-turbines
C’est une turbine à combustion qui produit de l’énergie électrique dans la gamme de puissance qui va de 10 à 500 kW. Le générateur électrique fonctionne à une vitesse de rotation élevée (de 50 000 à 120 000 tours/min) et la fréquence des tensions et courants de sortie sont de l’ordre de 10 000 hertz. Ceci impose l’utilisation d’un convertisseur d’électronique de puissance type redresseur-onduleur pour adapter la sortie au réseau électrique. Les micro-turbines sont généralement caractérisées par des niveaux faibles d’émissions de gaz et la plupart utilisent le gaz naturel. L’utilisation des combustibles obtenus à partir de la biomasse (méthane ou éthanol) est également possible, et rend la micro-turbine encore plus écologique. En outre, le faible coût d’investissement, le rendement élevé, le faible niveau de bruit, la durabilité encouragent l’utilisation des micro-turbines.
La cogénération
C’est la production simultanée d’électricité et de chaleur. Les moteurs à combustion externe ou tout autre cycle (Stirling, Rankine), les turbines à combustion, les micro-turbines et même la pile à combustible peuvent être utilisés dans des montages de cogénération. La cogénération à large échelle est généralement basée sur la combustion de combustibles fossiles ou de déchets ménagers. La « chaleur résiduelle » résultant de la production d’électricité est ensuite valorisée pour d’autres applications. Générant plusieurs produits simultanés, le rendement global d’une unité de cogénération peut atteindre jusqu’à 80%. Dans les petites unités de cogénération, la production de chaleur est le processus dominant et l’électricité est un sous-produit.
Les centrales valorisant de la biomasse
Le terme « Biomasse » se réfère au matériel biologique qui peut être utilisé comme combustible ou pour la production industrielle. Ce combustible comprend de la végétation, des déchets solides ou des ordures ménagères, des déchets animaux (fumier), des résidus forestiers ou agricoles et certains types de déchets industriels. La biomasse peut être considérée comme un substitut des combustibles fossiles. La biomasse est convertie en énergie thermique, en combustibles liquides, solides ou gazeux et autres produits chimiques à travers une variété de procédés de conversion. Ces dernières formes seront ensuite converties en électricité. En général, la biomasse est abondante et peut être considérée comme une source d’énergie renouvelable.
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Table des matières
INTRODUCTION
PARTIE I : ETAT DE L’ART
CHAPITRE I. PRODUCTION DECENTRALISEE D’ENERGIE ELECTRIQUE
I.1 Définition de la Production Décentralisée
I.2 Les technologies de la production décentralisée
I.3 Les énergies contrôlables ou dispatchales
I.3.1 Les petites centrales thermiques
I.3.2 Les micro-turbines
I.3.3 La cogénération
I.3.4 Les centrales valorisant de la biomasse
I.3.5 La pile à combustible
I.4 Les énergies non contrôlables
I.4.1 Les petites centrales hydroélectriques
I.4.2 Les éoliennes
I.4.3 Les cellules photovoltaïques
I.4.4 Les usines marémotrices
I.4.5 Les usines houlomotrices
I.4.6 Les centrales géothermiques
I.5 Production Décentralisée et Production Centralisée
I.6 Impacts de la Production Décentralisée
CHAPITRE II. CONCEPTION D’UNE CENTRALE SOLAIRE PHOTOVOLTAIQUE
II.1 Représentations de l’énergie solaire photovoltaïque
II.2 Description de l’énergie solaire
II.2.1 Quelques grandeurs de l’énergie solaire
II.3 Conception optimale de la centrale et du projet
II.4 Les étapes du développement de projet de conception d’une centrale photovoltaïque
II.5 La technologie solaire photovoltaïque actuelle
II.6 Les onduleurs des centrales solaires PV
II.7 Estimation du rendement énergétique
II.8 La sélection du site
II.9 Conception de la centrale
II.9.1 Agencement et ombrage
II.9.2 La sélection de la technologie à adopter
II.9.3 Les onduleurs
II.9.4 Les transformateurs
II.9.5 Le raccordement au réseau de la centrale solaire PV
PARTIE II : METHODOLOGIES ET MATERIELS
CHAPITRE III. LES CARACTERISTIQUES, MODELISATION ET CALCULS DES RESEAUX ELECTRIQUE (CAS DU RESEAU INTERCONNECTE D’ANTANANARIVO OU RIA)
III.1 RESEAUX ELECTRIQUES
III.1.1 Les ouvrages et les matériels des réseaux électriques
III.1.2 Les classifications des réseaux électriques
III.1.3 Les différentes fonctions du réseau d’énergie électrique
III.1.4 Structure topologique du réseau
III.1.5 Systèmes de courants utilisés dans un réseau
III.1.6 Transport et distribution
III.1.7 Analyse de la stabilité en tension d’un réseau
III.1.8 Le réseau interconnecté d’Antananarivo (RIA)
III.2 Modélisation du réseau électrique
III.2.1 Modélisation des Générateurs
III.2.2 Modélisation d’une charge
III.2.3 Modélisation de ligne longue
III.3 Les équations de l’écoulement de puissance (Load flow)
III.3.1 Calcul de la puissance au niveau de nœud
III.3.2 Les équations d’écoulement dans les lignes
III.3.3 Les pertes de puissance dans les lignes
III.3.4 Classification des variables d’équations d’écoulement de puissance
III.3.5 Les méthodes numériques utilisées
III.3.6 Les méthodes numériques appliquées aux équations de l’écoulement de puissance
CHAPITRE IV. SIMULATION AVEC « POWER WORLD SIMULATOR VERSION 8»
IV.1 Présentation du logiciel Power world simulator version 8
IV.1.1 Introduction
IV.1.2 Historique
IV.2 Modes de fonctionnement
IV.3 Les éléments nécessaires et les paramètres utiles pour la simulation
IV.4 Simulation 1 : Comportement actuel du RIA
IV.5 Simulation 2 : Intégration de la nouvelle puissance de 30MW dans RIA à Ambohimanambola
IV.6 Simulation 3 : Intégration de la nouvelle puissance de 30MW dans RIA à Tanà NORD
IV.7 Simulation 4 : Intégration de la nouvelle puissance de 30MW dans RIA à Ambodivona
IV.8 Simulation 5 : Intégration de la nouvelle puissance de 30MW dans RIA à Ambohijatovo
IV.9 Simulation 6 : Intégration de la nouvelle puissance de 30MW dans RIA à Tanà OUEST
IV.10 Simulation 7 : Intégration de la nouvelle puissance de 30MW dans RIA à Tanà SUD
IV.11 Simulation 8 : Intégration de la nouvelle puissance de 30MW dans RIA à Ambodivona 35kV
CONCLUSION
